PWM (Pulse Width Modulation)은 전자기기에서 전력을 제어하는 데 널리 사용되는 기술이다. PWM 신호는 주파수와 듀티 사이클이라는 두 가지 중요한 특성을 가지고 있다. 이 절에서는 PWM 신호의 주파수와 듀티 사이클에 대해 자세히 설명하겠다.

PWM 주파수

PWM 주파수는 신호가 1초 동안 몇 번 주기를 반복하는지를 나타낸다. 주파수 f는 다음과 같이 정의된다:

f = \frac{1}{T}

여기서 T는 주기의 길이이다. PWM 주파수는 제어하려는 장치의 특성에 따라 선택되어야 한다. 예를 들어, 모터 제어에서는 주파수가 너무 낮으면 모터가 부드럽게 동작하지 않을 수 있고, 주파수가 너무 높으면 제어 회로가 과부하될 수 있다.

듀티 사이클

듀티 사이클은 PWM 신호가 한 주기 동안 "on" 상태에 있는 시간의 비율을 나타낸다. 듀티 사이클 D는 다음과 같이 정의된다:

D = \frac{t_{on}}{T} \times 100\%

여기서 t_{on}은 신호가 "on" 상태에 있는 시간, T는 전체 주기이다. 듀티 사이클은 전력 전달의 비율을 조절하는 데 사용된다. 예를 들어, 듀티 사이클이 50%이면 신호는 절반의 시간 동안 "on" 상태에 있고, 나머지 절반은 "off" 상태에 있다.

듀티 사이클의 예

다음은 다양한 듀티 사이클의 예이다:

듀티 사이클과 전력 제어

듀티 사이클은 BLDC 모터의 속도와 토크를 제어하는 중요한 요소이다. 듀티 사이클이 높을수록 모터에 더 많은 전력이 공급되어 모터의 속도가 증가한다. 반대로, 듀티 사이클이 낮으면 모터에 공급되는 전력이 감소하여 속도가 낮아진다.

PWM 신호 생성

PWM 신호는 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 처리기(DSP) 또는 전용 PWM 제어기와 같은 전자 장치를 사용하여 생성할 수 있다. 예를 들어, 마이크로컨트롤러에서는 타이머와 인터럽트를 사용하여 정확한 주파수와 듀티 사이클을 가진 PWM 신호를 생성할 수 있다.

예제 코드 (Arduino)

다음은 Arduino에서 PWM 신호를 생성하는 간단한 예제 코드이다:

int pwmPin = 9;  // PWM 신호를 출력할 핀

void setup() {
  pinMode(pwmPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  analogWrite(pwmPin, 128);  // 듀티 사이클을 50%로 설정 (0~255)
  delay(1000);               // 1초 대기
  analogWrite(pwmPin, 64);   // 듀티 사이클을 25%로 설정
  delay(1000);               // 1초 대기
  analogWrite(pwmPin, 192);  // 듀티 사이클을 75%로 설정
  delay(1000);               // 1초 대기
}

이 코드는 Arduino의 9번 핀에서 PWM 신호를 출력한다. analogWrite 함수는 듀티 사이클을 설정하는 데 사용된다. 예를 들어, analogWrite(pwmPin, 128)는 듀티 사이클을 50%로 설정한다.

PWM 주파수 선택

PWM 주파수는 제어하려는 장치의 특성에 따라 달라진다. BLDC 모터의 경우 일반적으로 수 kHz에서 수십 kHz의 주파수가 사용된다. 너무 낮은 주파수는 모터가 부드럽게 동작하지 않게 만들 수 있고, 너무 높은 주파수는 제어 회로가 과부하될 수 있다.

주파수 선택 기준

PWM 주파수와 듀티 사이클은 BLDC 모터 제어에서 중요한 역할을 한다. 적절한 주파수를 선택하고 듀티 사이클을 조절하여 모터의 속도와 토크를 원하는 대로 제어할 수 있다. PWM 신호는 마이크로컨트롤러와 같은 전자 장치를 사용하여 쉽게 생성할 수 있으며, 이 장치들은 정밀한 제어를 위해 다양한 설정을 지원한다.